Особенности горения и гашения дм и переменного тока

Если для гашения дуги постоянного тока необходимо создать такие условия, при которых ток упал бы до нуля, то при переменном токе ток в дуге независимо от степени ионизации дугового промежутка переходит через нуль каждый полупериод, т. е. каждый полупериод дуга гаснет и зажигается вновь. Задача гашения дуги несколько облегчается. Здесь необходимо создать условия, при которых ток не восстановился бы после прохождения через нуль.

Рис.5-6. Характеристики дуги переменного тока

На рис. 5-6, а приведены кривые изменения тока и напряжения на дуговом промежутке при переменном токе. В момент появления тока имеет место резкое нарастание напряжения U, (напряжение зажигания). С ростом тока падение напряжения на дуге падает и достигает минимума при максимальном токе (при амплитудном значении); Затем напряжение на дуге снова возрастает и достигает значения напряжения погасания U _г при исчезновении тока.

Вольт-амперная характеристика дуги переменного тока за период приведена на рис. 5-6, б. Напряжение зажигания дуги зависит от амплитуды тока, и при больших токах оно меньше.

При переменном токе температура дуги является величиной переменной. Однако тепловая инерция газа оказывается довольно значительной, и в момент перехода тока через нуль температура дуги не падает до нуля и остается достаточно высокой. Все же имеющее место снижение температуры дуги при переходе тока через нуль способствует деионизации промежутка и облегчает гашение.

В действительности при переходе через нуль ток в дуге меняется по закону, отличному от синусоидального [ i ≠I_m sin(ωt — φ)]. Немного раньше момента времени естественного перехода через нуль ток в дуге падает почти до нуля, а затем после перехода через нуль скачком снова достигает соответствующего значения. Схематично процесс перехода тока через нуль показан на рис. 5-7 (сплошной линией).

Таким образом, при переходе тока через нуль имеет место бестоковая пауза t_{I= 0}, вo время которой происходит интенсивная деионизация дугового промежутка. При малоиндуктивной нагрузке эта пауза больше, при большей индуктивности эта пауза меньше или очень мала (порядка 0,1 мкс).

Интенсивная деионизация дугового Промежутка при переходе тока через нуль приводит к уменьшению его проводимости. Чем больше промежуток будет деионизирован, тем большее напряжение потребуется для его пробоя и повторного зажигания дуги. Условие гашения дуги переменного тока может быть сформулировано следующим образом: если нарастание сопротивления промежутка, выраженное его пробивным напряжением U _пр (кривая 1 на рис. 5-8), будет опережать нарастание напряжения U на промежутке (кривая 2), то дуга погаснет при переходе тока через нуль. Если же нарастание сопротивления промежутка пойдет медленнее (кривая 3), то в момент времени, соответствующий точке О, произойдет повторное зажигание дуги, в цепи появятся ток и соответствующее ему падение напряжения на дуге (кривая 4).

Весьма важное значение для гашения дуги переменного тока при напряжениях до 1000 В имеют явления, происходящие у катода при переходе тока через нуль. Существовало представление, что в момент перехода тока через нуль в прикатодной области практически мгновенно (за время t<1 мкс) изоляционная прочность промежутка восстанавливается до значения пробивного напряжения U _про=150÷250 В (начальный участок кривой l на рис. 5-8). Большую цифру относили к меньшим токам и холодному катоду, меньшую — к большим токам и горячему катоду.

Рис. 5-7. Переход тока через нуль Рис. 5-8. Условия гашения дуги

На принципе использования указанного явления у катода выполнена большая часть дугогасительных устройств низковольтных выключающих аппаратов. Практика, однако, не всегда подтверждала значение мгновенно восстанавливающейся прочности дугового промежутка 150 — 250В, особенно при больших токах и частых отключениях. Исследования и анализ, выполненные в последние годы [16], показывают, что такое значение прочности имеет место при холодных или очень быстро охлаждаемых электродах (Θ < 800 К) у основания дуги за переходом тока через нуль. Если же дуга быстро пробегает по электродам и останавливается на их краях в течение относительно большого времени (сотые доли секунды), то электроды у основания дуги сильно разогреваются и за переходом тока через нулевое значение эмиттируют электроны в межконтактный промежуток. Последнее существенно снижает значение восстанавливающейся прочности промежутка у катода, и она может составлять всего несколько десятков вольт.

Рис. 5-9. Процесс при восстановлении напряжения на дуговом промежутке

Таким образом, в зависимости от теплового режима в межконтактном промежутке отключающих аппаратов могут наблюдаться практически любые значения восстанавливающейся прочности, в том числе и околокатодная прочность 150-250 В. Последнее значение соответствует условиям, когда в межконтактном промежутке создается режим, близкий к стадии нормального тлеющего разряда. Эти условия могут встречаться в рационально сконструированных дугогасительных устройствах.

При погасании дуги напряжение на дуговом промежутке нарастает от напряжения погасания дуги до соответствующего мгновенного напряжения сети или э.д.с. U _max источника тока. Этот процесс носит название процесса восстановления напряжения на дуговом промежутке, который схематически представлен на рис. 5-9.

На рис. 5-9, а и б ток взят отстающим от ЭДС на 90°, что обычно имеет место при коротких замыканиях в промышленных сетях переменного тока. Процесс восстановления напряжения совершается за короткий промежуток времени – порядка десятков или сотен микросекунд Э. д. с. источника тока, меняющуюся с частотой 50 Гц, можно считать за это время постоянной. Мгновенная ЭДС источника U_вmax соответствующая переходному процессу напряжения на дуговом промежутке, носит название восстанавливающегося напряжения промышленной частоты.

Восстановление напряжения на дуговом промежутке может происходить апериодически (рис. 5-9, а) или через колебательный процесс (рис. 5-9, б). В первом случае напряжение на промежутке U_{в max} не может быть выше ЭДС источника тока E_m. Во втором случае напряжение теоретически может быть сколь угодно велико, практически оно не превосходит 2 E_m. Частота и амплитуда колебаний переходного процесса определяются индуктивностью, емкостью и сопротивлением источника тока (генератора) и цепи. Частота колебательного процесса лежит в пределах от нескольких тысяч до одного-двух десятков тысяч герц.

Мы рассматривали случай отключения индуктивной цепи, когда ток сдвинут на 90° по отношению к ЭДС. Возьмем второй крайний случай – отключение активной цепи. Здесь ток совпадает по фазе с ЭДС. Ток и ЭДС переходят через нуль одновременно (рис. 5-9, в) – восстанавливающееся напряжение промежутка будет равно нулю. Тем самым отключение активной нагрузки происходит существенно легче, чем индуктивной.

Дата добавления: 2014-10-15